随着人类文明的不断发展，陆地资源的局限性已经逐渐显现。世界上的许多强国都开始将战略重心转向海洋勘测开发和深空探测等领域，但是这两个区域的无线通信环境与陆地都有一定的区别。它们的一个共同点就是具有较大的传播时延，常规的无线通信算法大多无法直接应用于长时延通信的场景。本文主要以水声传感器网络为例对长时延网络的时间同步和同步MAC协议进行分析与研究。首先，本文提出了一种基于侦听的改进型多跳水声传感器网络时间同步算法IMSUAN，并对该算法侦听的有效性进行了数学证明。IMSUAN算法改进主要有三处，分别是时间同步树的建立机制、时间戳数据包的监听机制以及监听数据包的过滤机制。我们在OPNET仿真平台上对IMSUAN算法进行了仿真实现，得到了算法的时间同步精度、稳定性及同步开销的仿真结果。结果显示，IMSUAN同步算法的同步精度比改进前的MSUAN算法有约40%的提升。其次，本文基于IMSUAN算法的时间同步精度与开销，同时考虑了水下网络的传播时延抖动，对水下传感器网络TDMA协议的保护时间间隔进行了数学建模及分析。然后，在此数学分析的基础上，设计了一种静态的基于时空特性的TDMA协议，进而加入动态的接入机制，形成一种基于时空特性的动态TDMA接入协议。我们在OPNET仿真平台上对这两种TDMA协议与传统的TDMA协议以及不需要网络同步的异步握手MACAU协议进行了仿真对比分析，结果表明该动态的TDMA协议在不同数据源负载情况下具有更大的网络吞吐量和更小的端到端时延。最后，本文将单跳的TDMA协议推广到多跳的水声传感器网络中，由IMSUAN算法的同步精度及开销分析结果，对多跳TDMA协议的保护时间间隔进行了计算分析，并设计了一种多跳的水声传感器网络TDMA协议。然后，在此协议中加入了一种依据节点流量的动态时隙分配机制，提出一种动态多跳TDMA协议。我们在OPNET仿真平台中对动态多跳TDMA协议、静态多跳TDMA协议以及异步握手的MACAU协议进行了仿真对比，分析了在不同的数据源类型时三种协议的网络性能。结果表明无论在均衡负载下还是在非均衡负载下，动态多跳TDMA协议相比于其他两种MAC协议具有更好的网络吞吐量和端到端时延性能。